使用 AT 指令進行 Socket 通訊

時間  2019-12-30
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BC26 支持使用 Socket 進行 TCP 和 UDP 協議通訊，這兩個協議也是 BC26 支持的衆多通訊協議的基礎。本文講解如何使用這兩個協議與服務器端進行通訊。在學習這篇文章前，請首先使用AT+CPSMS=0指令將節電模式（PSM）關閉。不然每隔十來秒，MCU 就進入休眠狀態，讓你不得不重啓評估板，至關擾人，學習期間，評估板一直插在 USB 口上，供電無憂，無所謂節電模式。進行 Socket 通訊的全部 AT 指令均可以在 AT 指令助手的指令集合面板中經過選擇【BC26 Socket 命令】項獲取，並查看手冊。html

命令介紹

咱們知道，TCP 是面向鏈接的協議，TCP 發送信息必須確保對方可以收到，即便對方沒法收到信息本方也能夠知曉。而 UDP 是面向無鏈接的協議，只管將信息發送給對方，至於對方可否收到，本方就不關心了。接下來首先介紹本文在使用 Socket 通訊時所使用到的命令。c#

AT+QSOC=<domain>,<type>,<protocol>

建立一個 TCP 或 UDP Socket。數組

  • <domain>：表示使用的是 IPv4 仍是 IPv6，其中 1 表示 IPv4。
  • <type>：表示協議類型，其中 1 表示 TCP；2 表示 UDP。
  • <protocol>：表示協議類型，其中 1 表示 IP；2 表示 ICMP。

例如：AT+QSOC=1,1,1表示建立一個使用 IPv4 的，使用 TCP/IP 的 Socket。服務器

AT+QSOCON=<socket_id>,<remote_port>,<remote_address>

使用 Socket 進行遠程鏈接。dom

  • <socket_id>：BC26 一共支持同時使用 5 個 Socket 進行通訊，編輯爲 0~4，此參數指定其中一個 Socket。
  • <remote_port>：通訊端口，0~65535。
  • <remote_address>：遠端 IP 地址。

例如：AT+QSOCON=0,5000,"193.112.19.116"表示將 0 號 Socket 向地址爲 193.112.19.116 的遠端服務器的 5000 端口發起鏈接。socket

AT+QSOSEND=<socket_id>,<data_len>,<data>

向遠端發送數據。tcp

  • <socket_id>：Socket 的編號，範圍 0~4。
  • <data_len>：數據的長度，以字節爲單位。對於 ASCII 碼來講，一個字符的長度爲 1。
  • <data>：發送的數據，使用 16 進制數字表示。記住，不管你發送的是整數、浮點數、字符串，仍是其餘的數據類型，這裏通通要以字節的 16 進行數字表示。假設你要發送一個字符H，查ASCII表，找到H的編碼爲 0x48，則發送 48 便可。若是要發送的是Hello，則發送內容爲：48656C6C6F。

例如：AT+QSOSEND=0,5,48656C6C6F表示讓 0 號 Socket 發送 5 個字節長度的數據[0x48,0x65,0x6C,0x6C,0x6F]。學習

+QSONMI=<socket_id>,<data_len>

此爲非請求結果碼（URC），即服務器端主動發送過來的數據，而非客戶端請求的數據。表示收到服務器端發來的數據。測試

  • <socket_id>：表示是第幾號 Socket 收到的數據。
  • <data_len>：表示收到的數據的長度。

例如：+QSONMI=0,5表示 0 號 Socket 收到遠端發送過來的 5 個字節的數據。編碼

+QSORF=<socket_id>,<req_length>

從 Socket 接收數據。此命令配合上一條命令使用。

  • <socket_id>：指示接收數據的 Socket 編號。
  • <req_length>：接收多長的數據。

例如：AT+QSORF=0,5表示從 0 號 Socket 的接收數據緩衝中讀取 5 個字節的數據。

AT+QSODIS=<socket_id>

斷開 Socket 鏈接。

  • <socket_id>指示要斷開的 Socket 的編號。

AT+QSOCL=<socket_id>

關閉 Socket。

  • <socket_id>指示要斷開的 Socket 的編號。

NB-IOT 的使用場景，一定是每日少許數據的傳送，因此 Socket 打開後，傳完數據就應當當即斷開鏈接並關閉。

使用 TCP 協議進行通訊

本節演示如何使用 AT 指令跟遠程服務器進行 TCP 通訊，條件是必需要有一臺具備公網 IP 的服務器，沒有的話，沒法進行實驗，不過問題也不大。後面主要仍是使用更高層級的協議跟電信、華爲、阿里的專用物聯網雲通訊的。

服務器端

服務器端，具體開發環境的搭建請參考上一篇文章。

新建一個 TCPSocket 文件夾，進入後，使用命令dotnet new console建立一個新控制檯項目，代碼以下：

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading.Tasks;
using System.Text;

namespace TCPSocket
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {   //設置服務器 IP，若是是騰訊雲，必須使用內網地址，而不是公網 IP。
            IPAddress ip = IPAddress.Parse("172.16.0.11");
            IPEndPoint point = new IPEndPoint(ip, 5000); //端口指定爲 5000
            Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            try
            {
                s.Bind(point);
                s.Listen(5);
                Console.WriteLine("服務器開始偵聽...");
                Socket subSocket = s.Accept(); //等待新鏈接，本程序僅能接受一個客戶端的鏈接
                Console.WriteLine("獲取一個來自{0}的鏈接", subSocket.RemoteEndPoint.ToString());
                //建立線程接收客戶端的消息
                Task.Factory.StartNew(() => ReceiveMessage(subSocket), TaskCreationOptions.LongRunning);
                //發送消息
                while (true)
                {
                    string sendStr = Console.ReadLine();
                    if(sendStr=="") return; //若是在控制檯不輸入任何字符直接按回車，則退出程序
                    byte[] sendBuff = Encoding.ASCII.GetBytes(sendStr);
                    subSocket.Send(sendBuff, sendBuff.Length, SocketFlags.None);
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.Message);
            }
            finally
            {
                s.Close();
            }
        }

        //監聽客戶端鏈接的線程方法
        static void ReceiveMessage(Socket subSocket)
        {
            byte[] buff = new byte[1024]; //建立一個接收緩衝區
            try
            {
                while (true)
                {   
                    int count = subSocket.Receive(buff, buff.Length, SocketFlags.None);
                    //下面這個判斷是很是必要的，不然有可能致使不停地接收到長度爲 0 的數據，致使 CPU 佔用率100%
                    if (count == 0) 
                    {
                        subSocket.Close();
                        return;
                    }
                    //將接收到的數據轉化爲 ASCII 字符
                    string recvStr = Encoding.ASCII.GetString(buff, 0, count);
                    Console.WriteLine($"接收到數據：{recvStr}");
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.Message);
            }
            finally
            {
                subSocket.Close();//客戶端關閉時會引起異常，此時關閉此鏈接
                Console.WriteLine("客戶端已退出鏈接。");
            }
        }
    }
}

本程序僅用於測試 AT 指令，因此寫得比較簡單，實現以下功能：

  1. 僅能夠接收一個鏈接，若是須要再次接收，請從新運行程序。當程序接收到一個新的鏈接時，會打印客戶端 IP 地址。
  2. 當收到消息時，會將消息轉化爲 ASCII 碼字符串打印。
  3. 在控制檯輸入字符按回車，可將字符串轉化爲字節數組發給客戶端，注意，與客戶端鏈接後方可實現此功能。
  4. 不輸入任何內容按回車便可退出程序。

運行程序

  • 服務器端使用dotnet run運行程序啓動服務，顯示「服務器開始偵聽...」。
  • 打開AT指令助手，載入【TCP Socket】腳本。
  • 發送指令：AT+QSOC=1,1,1，建立 Socket。
  • 發送指令：AT+QSOCON=0,5000,"193.112.19.116"，鏈接服務器，注意端口和 IP 地址請自行更改。
  • 發送指令：AT+QSOSEND=0,5,48656C6C6F，發送數據「Hello」，觀察服務器是否收到。
  • 發送指令：AT+QSOSEND=0,10,54435020536F636B6574，發送數據「TCP Socket」，觀察服務器是否收到。
  • 服務器端發送數據abc。
  • 客戶端收到+QSONMI=0,3。
  • 發送指令：AT+QSORF=0,3接收緩衝區數據。
  • 服務器端發送數據good-bye。
  • 客戶端收到+QSONMI=0,8。
  • 發送指令：AT+QSORF=0,8接收緩衝區數據。
  • 發送指令：AT+QSODIS=0斷開鏈接。
  • 發送指令：AT+QSOCL=0關閉 Socket。

運行效果以下圖所示。

使用 UDP 協議進行通訊

UDP 協議具備資源消耗小，處理速度快的優勢，但它是不靠的。接下來演示使用 UDP 協議進行通訊，使用 UDP 和使用 TCP 的思惟方式是不同的。UDP 沒有鏈接，也就沒有所謂的斷開鏈接，但有意思的是，使用 AT 指令發送 UDP 信息時，依然和 TCP 同樣，須要進行鏈接和斷開鏈接操做（在 C# 中寫 UDP 程序是沒有這些的）。你不能說創建一個鏈接後，在這個鏈接的基礎上你來我往。UDP 的一個 Socket 只會偵聽某一端口的全部信息，而這個信息多是不一樣客戶端發送的，因此，每次接收信息都要建立一個新的IPEndPoint。因此此次我把程序改成將接收到的信息原樣發回。

服務器端

新建一個 UDPSocket 文件夾，進入後，使用命令dotnet new console建立一個新控制檯項目，代碼以下：

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading.Tasks;
using System.Text;

namespace TCPSocket
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {   //設置服務器 IP，若是是騰訊雲，必須使用內網地址，而不是公網 IP。
            IPAddress ip = IPAddress.Parse("172.16.0.11");
            IPEndPoint point = new IPEndPoint(ip, 5000); //端口指定爲 5000
            Socket udpSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

            udpSocket.Bind(point);
            Console.WriteLine("服務器開始偵聽...");
            //建立線程接收客戶端的消息
            Task.Factory.StartNew(() => ReceiveMessage(udpSocket), TaskCreationOptions.LongRunning);
            Console.ReadLine(); //按回車直接退出程序
        }

        //監聽客戶端鏈接的線程方法
        static void ReceiveMessage(Socket udpSocket)
        {
            byte[] buff = new byte[1024]; //建立一個接收緩衝區
            try
            {
                while (true)
                {
                    EndPoint remote = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
                    int count = udpSocket.ReceiveFrom(buff, ref remote);
                    //將接收到的數據轉化爲 ASCII 字符
                    string recvStr = Encoding.ASCII.GetString(buff, 0, count);
                    Console.WriteLine($"接收到來自{remote.ToString()}數據：{recvStr}");
                    udpSocket.SendTo(buff, 0, count, 0, remote);
                }
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.Message);
            }
            finally
            {
                udpSocket.Close();
            }
        }
    }
}

本程序實現以下功能：

  1. 因爲沒有所謂的鏈接，能夠一直的接收 UDP 信息，也就是說，客戶端能夠屢次建立 Socket 向服務器發信息，而服務器不須要重啓程序即可接收全部 Socket 的信息。
  2. 當收到消息時，會將消息轉化爲 ASCII 碼字符串打印。
  3. 服務器在收到信息後，原樣返回給客戶端。
  4. 按回車便可退出程序。

程序運行效果以下圖所示，因爲和上一個程序相似，我再也不詳細講解。

感想

作完兩個程序後，仍是有一些感想的，我買了兩塊板，有一塊信號不太好，致使調試程序的過程異常痛苦，使用另外一塊板以後才能肯定是信號而不是程序的問題，未來萬物互聯，NB-IOT 的鏈接設備數量會很是巨大，在這種狀況下，使用 TCP 協議或許並非最優選擇，畢竟 TCP 光創建一個鏈接就要費很多周折，並且保持鏈接還會耗費服務器資源和帶寬，NB-IOT 的帶寬並不優裕。UDP 是更好的選擇，來信息直接處理，無需耗費資源保持鏈接，不佔用帶寬，可靠性問題能夠經過應用層的控制來知足。因此咱們也看到，BC26 上的大多數協議也是基於 UDP 進行開發的。這些協議我在後面會一一講解。

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